CN115891531A - 一种海陆空三栖无人机 - Google Patents

Abstract

一种海陆空三栖无人机，属于无人机技术领域。其整体结构更轻巧、稳固，对恶劣环境的适应性强，运动灵活。无人机主壳体上设有姿态转换系统，三级伸缩杆和姿态转换系统之间安装有第一电机，三级伸缩杆通过姿态转换系统实现无人机海陆空工况转变所需的角度调节，叶片部分和轮胎部分均安装在三级伸缩杆上，并通过三级伸缩杆调节叶片部分与轮胎部分的相对位置，实现无人机海陆空的工况转变，第一电机作为叶片部分和轮胎部分的旋转动力。本发明将轮胎、叶片、旋翼一体化，减少驱动使用个数，从而减轻了无人机的重量，增强了其续航能力。采用三级转换的方式让轮胎和叶片的工作在不同工况下都能相互配合，使无人机整体更加协调。

Description

一种海陆空三栖无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种海陆空三栖无人机。

背景技术

自无人机概念提出以来，无人机就被广泛地应用于生活中的方方面面，尤其是在近年发生的几次自然灾害中，无人机为人员搜救做出了巨大贡献。然而，在山涧、河谷等本身环境情况复杂或因自然灾害受灾的地区，仅有一种行进方式的无人机往往无法全方位行进。

如申请号为CN201710120796.8的专利公开了一种三栖无人机，包括密封的机身、基于开源的Arduino平台、利用遥控器实现控制的MWC飞行控制固件、四旋翼，所述的四旋翼包括对称分布在机身两侧各两个第一防水无刷电机，每个第一防水无刷电机的电机轴固设一个三叶螺旋桨，所述的三叶螺旋桨的端部固接圆形轮圈，所述的第一防水无刷电机的轴向可在垂直于水平面和平行于水平面之间转换；还包括对称固设在机身两侧的螺旋桨推进器。但该装置水行与飞行时轮桨结构相同，而实际上在飞行与水行时，无人机的动力要求是不同的，若采用相同的结构，必然会降低无人机的性能。且该装置整体结构较脆弱，在海、陆、空的复杂环境和状态切换时易发生损坏，无人机的寿命较短，经济性和实用性较差。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术存在的问题，进而提供一种海陆空三栖无人机，其整体结构更轻巧、稳固，对恶劣环境的适应性强，且运动灵活，具有现实意义和良好的应用前景。

本发明所采取的技术方案是：本发明的一种海陆空三栖无人机，包括无人机主壳体、姿态转换系统、三级伸缩杆、叶片部分及轮胎部分；所述无人机主壳体上设有姿态转换系统，所述三级伸缩杆和姿态转换系统之间安装有第一电机，三级伸缩杆通过姿态转换系统实现无人机海陆空工况转变所需的角度调节，所述叶片部分和轮胎部分均安装在三级伸缩杆上，并通过三级伸缩杆调节叶片部分与轮胎部分的相对位置，实现无人机海陆空的工况转变，所述第一电机作为叶片部分和轮胎部分的旋转动力。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明将轮胎、叶片、旋翼一体化，减少驱动使用个数，从而大大减轻了无人机的重量，增强了其续航能力。

2、本发明采用三级转换的方式让轮胎和叶片的工作在不同工况下都能相互配合，缓解了原本飞行和航行时对扭矩和转速的需求的矛盾，使无人机整体更加协调。

3、在复杂恶劣的环境条件下，无人机的叶片很容易发生磕碰甚至折断，从而导致无人机报废，而本发明中轮胎包围在叶片外，可为其提供保护，增长了无人机的寿命。

4、包裹在无人机主壳体的下半部分的气垫可以很大程度地在无人机降落时进行减震，保护无人机。同时，气垫也可以在无人机下水后通过充、放气改变无人机的浮性。

附图说明

图1是本发明飞行状态且即将降落时的示意图；

图2是图1的正视图；

图3是图1的左视图；

图4是图1的俯视图；

图5是本发明飞行状态时轮桨部分具体结构；

图6是本发明飞行状态时轮桨部分具体结构的剖视图；

图7是本发明陆行状态的示意图；

图8是本发明陆行状态时轮桨部分具体结构；

图9是本发明陆行状态时轮桨部分具体结构的剖视图；

图10是本发明航行状态的示意图；

图11是本发明航行状态时轮桨部分具体结构；

图12是本发明航行状态时轮桨部分具体结构的剖视图；

图13是本发明转动关节具体结构；

图14是本发明转动关节去掉部分结构后的具体结构；

图15是本发明三级伸缩杆具体结构；

图16是本发明榫头具体结构；

图17是本发明榫槽具体结构；

图18是本发明叶片折叠过程示意图；

图19是本发明转动关节转动示意图；

图20是本发明转动关节转动示意图；

其中：1、无人机主壳体；2、气垫；3、姿态转换系统；32、连接轴；33、转动关节；331、转动头一；332、转动头二；333、第二转轴；334、第一转轴；4、三级伸缩杆；41、第一级杆；42、第二级杆；43、第三级杆；5、叶片部分；51、转动轴；52、叶片；6、轮胎部分；61、圆环轴；62、轮胎；7、榫卯锁死机构；71、榫头；72、榫槽。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。

参照图1～20所示，本发明的一种海陆空三栖无人机，包括无人机主壳体1、姿态转换系统3、三级伸缩杆4、叶片部分5及轮胎部分6；所述无人机主壳体1上设有姿态转换系统3，所述三级伸缩杆4和姿态转换系统3之间安装有第一电机，三级伸缩杆4通过姿态转换系统3实现无人机海陆空工况转变所需的角度调节，所述叶片部分5和轮胎部分6均安装在三级伸缩杆4上，并通过三级伸缩杆4调节叶片部分5与轮胎部分6的相对位置，实现无人机海陆空的工况转变，所述第一电机作为叶片部分5和轮胎部分6的旋转动力。

其中：如图5所示，所述姿态转换系统3包括控制部分、四个连接轴32及四个转动关节33；所述控制部分置于无人机壳体1的水密舱内，所述四个连接轴32均布地安装在无人机主壳体1的四角处，所述四个转动关节33分别安装在四个连接轴32上，控制部分通过控制四个转动关节33使三级伸缩杆4角度的改变，从而调整无人机的运行状态。

控制部分接收遥控信号，根据信号令无人机改变为海、陆、空等不同姿态，整体地调节无人机的运行状态。

位于无人机壳体1头部的两个转动关节33为一组，位于无人机壳体1尾部的两个转动关节33为一组，同组的转动关节33的运动相同。

如图13、图14、图19、图20所示，每个所述转动关节33均包括转动头一331及转动头二332；所述转动头二332一端与对应的连接轴32连接，转动头二332沿无人机壳体1轴向安装有第二转轴333，所述转动头一331一端通过第二转轴333与第二转动头332一端转动连接，所述转动头一331另一端安装有第一转轴334，所述第一转轴334和第二转轴333的投影在同一圆周平面上相互垂直设置，所述三级伸缩杆4通过第一转轴334与转动头一331另一端转动连接，所述第二转轴333和第一转轴334由两个第二电机分别驱动，在第二电机的驱动下，第二转轴333能够进行绕无人机壳体1轴向方向的转动，使三级伸缩杆4处于水平或者竖直状态，第一转轴334和第二转轴333配合能够使立起来的三级伸缩杆4及其上的叶片部分5、轮胎部分6进行上下左右任意角度的转动。

所述转动头一331为L型板，转动头二332为圆柱体。

如图6、图15所示，所述三级伸缩杆4为套筒式电动伸缩杆，包括由内到外依次活动套装的第一级杆41、第二级杆42、第三级杆43及固定套筒；所述固定套筒与转动头一331另一端之间连接有电机，由电机带动三级伸缩杆4转动，所述叶片部分5安装在第一级杆41上，由三级伸缩杆4带动叶片部分5移动。

如图18所示，所述叶片部分5包括转动轴51及叶片52；所述转动轴51一端与第一级杆41连接，所述叶片52连接在转动轴51外端；所述叶片52为可伸缩叶片，分为主叶片521和副叶片522，主叶片521边缘有槽型滑道，使副叶片522卡在其中，由直线驱动装置523控制副叶片522相对于主叶片521的位置。

副叶片是插在主叶片里的，主叶片521两边上的槽型滑道，能够卡着副叶片522防止副叶片522从侧面脱离。飞行的时候直线驱动装置523将副叶片522推来，叶片52整体变长；陆地和海中的时候直线驱动装置523将副叶片522拉回，卡在主叶片521背后。

所述三级伸缩杆4伸出第一级杆41、第二级杆42和第三级杆43时转动轴51位于一位点，伸出第二级杆42和第三级杆43时转动轴51位于二位点，只伸出第三级杆43时转动轴51位于三位点，一位点→杆最长→空，二位点→杆中等长度→海，三位点→杆最短→陆；三级伸缩杆4控制转动轴51与轮胎部分6的圆环轴61的相对位置，使转动轴51处于不同的位点，以改变叶片52和轮胎62的配合关系，完成不同的海陆空任务。

当无人机处于陆行或航行状态，即转动轴51处于二、三位点时，直线驱动装置523控制副叶片522缩回，只露出较短的长度，叶片使52为折叠状态；当无人机处于飞行状态，即转动轴51处于一位点时，直线驱动装置523控制副叶片522推出，露出较长的长度，使叶片52为展开状态。当处于折叠状态时，短而厚的叶片52可以为无人机提供更大的扭矩，从而更适合航行；当处于展开状态时，长而薄的叶片52可以获得更高的转速，从而更适合飞行。

如图6所示，所述轮胎部分6包括圆环轴61及轮胎62；所述圆环轴61一端与轮胎62连接，圆环轴61另一端套装在三级伸缩杆4和转动轴51外侧，并与三级伸缩杆4的固定套筒通过轴承转动连接，使叶片52能够设置在轮胎62内，所述轮胎62内侧作为涵道式螺旋桨的涵道，外侧作为陆行时的胎面。

如图9、图12所示，所述转动轴51与轮胎部分6之间设置榫卯锁死机构7，三级伸缩杆4带动转动轴51移动能够分离和结合榫卯锁死机构7，从而控制轮胎部分6与转动轴51是否连接。

如图16、图17所示，所述榫卯锁死机构7包括榫头71及榫槽72；所述榫槽72均布于转动轴51靠近叶片52端的外侧，所述榫头71均布于圆环轴61内侧，榫槽72和榫头71两者的数量、大小、分布均相配合，使圆环轴61和转动轴51能够牢固连接。

该榫卯锁死机构7可以控制电机的转动对象，当榫卯锁死机构7工作时，转动传递至轮胎62，使无人机的轮桨部分作为轮胎转动；当榫卯锁死机构7不工作时，电机的转动只传递至叶片52，使轮桨变为涵道式螺旋桨或旋翼。

如图1所示，所述无人机主壳体1的下半部分被气垫2包裹；所述气垫2由电泵充气；所述电泵置于无人机主壳体1内的水密舱；所述气垫2包裹在主壳体1的下半部分上，空中飞行时，气垫2不充气，即将降落时电泵给气垫2充气，使降落时气垫2最先着地，之后变为陆地行驶或水中航行状态，从空中降落时，气垫2可以起到减震作用；进入水中时，气垫2可以通过改变充气量的多少调节无人机的浮性。

工作原理：

当无人机飞行时，转动关节33转动使电机轴向垂直于地面，三级伸缩杆4伸出，应该改为“使叶片52处于一位点，叶片52展开为旋翼状态，气垫2不充气，实现起飞。无人机飞行过程中控制部分根据空中环境和飞行要求控制转动关节33的运动，调整飞行方向和速度。

当无人机降落到地面时，气垫2充气，无人机降至地面时气垫2最先着地，为无人机整体减震，起到保护作用。降落完成后，叶片52折叠为螺旋桨状态；三级伸缩杆4伸出，使叶片52处于三位点，圆环轴61上的榫头71与转动轴51上的榫槽72咬合，使电机的转动通过榫卯锁死机构7传递至轮胎62；转动关节33转动使电机轴向平行于地面并与连接轴轴向共线，且气垫2放气，无人机姿态变换完成，开始在地面行驶。无人机行驶过程中控制部分根据地面环境和行驶要求控制转动关节33的运动，调整行进方向和速度。

当无人机进入海中航行时，叶片52折叠为螺旋桨状态；三级伸缩杆4伸出，使叶片52处于二位点，圆环轴61上的榫头71与转动轴51上的榫槽72分离，叶片52与轮胎62组合为涵道式螺旋桨；转动关节33转动使电机轴向平行于地面并垂直于连接轴轴向，同时气垫2调整充气量，使无人机开始航行。无人机航行过程中控制部分根据海中环境和航行要求控制转动关节的运动，调整航行方向和速度。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种海陆空三栖无人机，其特征在于：包括无人机主壳体(1)、姿态转换系统(3)、三级伸缩杆(4)、叶片部分(5)及轮胎部分(6)；所述无人机主壳体(1)上设有姿态转换系统(3)，所述三级伸缩杆(4)和姿态转换系统(3)之间安装有第一电机，三级伸缩杆(4)通过姿态转换系统(3)实现无人机海陆空工况转变所需的角度调节，所述叶片部分(5)和轮胎部分(6)均安装在三级伸缩杆(4)上，并通过三级伸缩杆(4)调节叶片部分(5)与轮胎部分(6)的相对位置，实现无人机海陆空的工况转变，所述第一电机作为叶片部分(5)和轮胎部分(6)的旋转动力。

2.根据权利要求1所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述姿态转换系统(3)包括控制部分、四个连接轴(32)及四个转动关节(33)；所述控制部分置于无人机壳体(1)的水密舱内，所述四个连接轴(32)均布地安装在无人机主壳体(1)的四角处，所述四个转动关节(33)分别安装在四个连接轴(32)上，控制部分通过控制四个转动关节(33)使三级伸缩杆(4)角度的改变，从而调整无人机的运行状态。

3.根据权利要求2所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：每个所述转动关节(33)均包括转动头一(331)及转动头二(332)；所述转动头二(332)一端与对应的连接轴(32)连接，转动头二(332)沿无人机壳体(1)轴向安装有第二转轴(333)，所述转动头一(331)一端通过第二转轴(333)与第二转动头(332)一端转动连接，所述转动头一(331)另一端安装有第一转轴(334)，所述第一转轴(334)和第二转轴(333)的投影在同一圆周平面上相互垂直设置，所述三级伸缩杆(4)通过第一转轴(334)与转动头一(331)另一端转动连接，所述第二转轴(333)和第一转轴(334)由两个第二电机分别驱动，在第二电机的驱动下，第二转轴(333)能够进行绕无人机壳体(1)轴向方向的转动，使三级伸缩杆(4)处于水平或者竖直状态，第一转轴(334)和第二转轴(333)配合能够使立起来的三级伸缩杆(4)及其上的叶片部分(5)、轮胎部分(6)进行上下左右任意角度的转动。

4.根据权利要求3所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述三级伸缩杆(4)为套筒式电动伸缩杆，包括由内到外依次活动套装的第一级杆(41)、第二级杆(42)、第三级杆(43)及固定套筒；所述固定套筒与转接头一(331)另一端之间连接有电机，由电机带动三级伸缩杆(4)转动，所述叶片部分(5)安装在第一级杆(41)上，由三级伸缩杆(4)带动叶片部分(5)移动。

5.根据权利要求4所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述叶片部分(5)包括转动轴(51)及叶片(52)；所述转动轴(51)一端与第一级杆(41)连接，所述叶片(52)连接在转动轴(51)外端；所述叶片(52)为可伸缩叶片，分为主叶片(521)和副叶片(522)，主叶片(521)边缘有槽型滑道，使副叶片(522)卡在其中，由直线驱动装置(523)控制副叶片(522)相对于主叶片(521)的位置。

6.根据权利要求5所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述三级伸缩杆(4)伸出第一级杆(41)、第二级杆(42)和第三级杆(43)时转动轴(51)位于一位点，伸出第二级杆(42)和第三级杆(43)时转动轴(51)位于二位点，只伸出第三级杆(43)时转动轴(51)位于三位点，三级伸缩杆(4)控制转动轴(51)与轮胎部分(6)的圆环轴(61)的相对位置，使转动轴(51)处于不同的位点，以改变叶片(52)和轮胎(62)的配合关系，完成不同的海陆空任务。

7.根据权利要求6所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述轮胎部分(6)包括圆环轴(61)及轮胎(62)；所述圆环轴(61)一端与轮胎(62)连接，圆环轴(61)另一端套装在三级伸缩杆(4)和转动轴(51)外侧，并与三级伸缩杆(4)的固定套筒通过轴承转动连接，使叶片(52)能够设置在轮胎(62)内，所述轮胎(62)内侧作为涵道式螺旋桨的涵道，外侧作为陆行时的胎面。

8.根据权利要求7所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述转动轴(51)与轮胎部分(6)之间设置榫卯锁死机构(7)，三级伸缩杆(4)带动转动轴(51)移动能够分离和结合榫卯锁死机构(7)，从而控制轮胎部分(6)与转动轴(51)是否连接。

9.根据权利要求8所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述榫卯锁死机构(7)包括榫头(71)及榫槽(72)；所述榫槽(72)均布于转动轴(51)靠近叶片(52)端的外侧，所述榫头(71)均布于圆环轴(61)内侧，榫槽(72)和榫头(71)相配合，使圆环轴(61)和转动轴(51)能够牢固连接。

10.根据权利要求1所述的一种海陆空三栖无人机，其特征在于：所述无人机主壳体(1)的下半部分被气垫(2)包裹；所述气垫(2)由电泵充气；所述电泵置于无人机主壳体(1)内的水密舱；所述气垫(2)包裹在主壳体(1)的下半部分上，空中飞行时，气垫(2)不充气，即将降落时电泵给气垫(2)充气，使降落时气垫(2)最先着地，之后变为陆地行驶或水中航行状态，从空中降落时，气垫(2)可以起到减震作用；进入水中时，气垫(2)可以通过改变充气量的多少调节无人机的浮性。

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